Getriebe

Getriebe sind mechanische Bauteile ([[Maschinenelement]]e) zum Übertragen und Wandeln von:

* ''[[Drehzahl]]en''

* ''[[Drehrichtung]]en''

* ''[[Drehmoment]]en''

* ''[[Kraft|Kräften]]''

In Anlehnung an ''[[VDI-Richtlinie]] [[VDI 2127]]'':  

:''Getriebe dienen zur Übertragung und Umformung ([[Übersetzung (Technik)|Übersetzung]]) von Bewegungen, Energie und/oder Kräften.''

Sie sind meist mechanische Vorrichtungen ([[einfache Maschine]]), können aber auch auf [[Hydraulik|hydraulischen]], [[Pneumatik|pneumatischen]], [[Elektromagnetismus|elektromagnetischen]] Prinzipien beruhen. Sie bestehen aus mindestens drei Gliedern, von denen eines das ''Gestell'' bildet.

* Übersetzungsgetriebe. Beispiel bei [[Riemengetriebe|Riemenscheiben]]: Die Drehzahl des Eingangsrades ist am Ausgang um den Faktor n₂/n₁ größer. Die gewünschte (größere) Ausgangsdrehzahl erreicht man durch das Verhältnis der Durchmesser von Eingang (D₁) zu Ausgang (D₂); bei D₁ = 42 cm mit n = 100 U/min und D₂ = 14 cm ergibt sich die Ausgangsdrehzahl n₂: D₁/D₂ = n₂/n₁. n₂ = 42/14 × 100 = 300 U/min. Dies ist ohne Formel, durch Überlegung einfacher zu lösen. Hat das große Rad dreifachen Durchmesser i. Vgl. zum kleinen, hat es auch 3 Mal soviel Umfang. Dreht sich dieser Umfang 1 Mal, muss sich das kleine Rad 3 Mal drehen, also hat es auch dreifache Drehzahl. Dieses Verhältnis kann sich belastet oder unbelastet '''nicht''' ändern;

* Die ''[[Übersetzung (Technik)|Übersetzung]]'' ist bei Getrieben das Verhältnis zwischen Antriebs- und Abtriebsdrehzahl. Das Verhältnis ändert sich in belastetem Zustand natürlich nicht.

* Multipliziert man die [[Nennleistung]] mit den Betriebsfaktoren, so erhält man die ''Bemessungsleistung''.

* Der ''[[Wirkungsgrad]]'' <math>\eta</math> eines Getriebes ergibt sich aus dem Verhältnis der Abtriebs- zur Antriebsleistung (ca. 93-95 Prozent).

* Der ''Stellbereich'' R oder <math>S_V</math> ist das Verhältnis der maximalen zur minimalen Übersetzung.

* zur Wandlung der [[Drehzahl]]

* zur Wandlung des [[Drehmoment]]s

* zur Wandlung des [[Massenträgheitsmoment]]s

Das Getriebe wird meist zwischen dem Antriebsaggregat ([[Motor]]) und dem zu treibenden Maschinenteil mittels [[Kupplung]]en eingebunden. Getriebe werden nach verschiedenen Kriterien unterteilt:

** [[Schaltgetriebe]]: Drehzahl und Drehmoment können abgestuft geschaltet werden. Die Funktion kann auch in einer Drehrichtungsumkehr in Form eines Rückwärtsganges liegen.'' (Typ. Verwendung in [[Kraftfahrzeug]]en.)''

*** Zugmittelgetriebe, siehe [[Continuously variable transmission]] (CVT)

**** [[Kettengetriebe]]

**** [[Schubkettengetriebe]] mit Schubgliederband

** [[Reibgetriebe]]

*** [[Wälzkörpergetriebe]]

*** Zugmittelgetriebe, siehe [[Continuously variable transmission]] (CVT)

**** [[Riemengetriebe]] (Flachriemen, Keilriemen)

** Automatisches Getriebe: siehe [[Fahrzeuggetriebe]]

* ''Leistungsteilungsgetriebe'': beispielsweise [[Differentialgetriebe]]

[[Datei:Worm-WormWheel-gearbox.jpg|thumb|2-stufiges Zahnradtriebe: [[Stirnradgetriebe|Stirnrad-]] (rechts, Antrieb) und [[Schneckengetriebe]] (links, Abtrieb) ]]

# Getriebe mit [[Zahnrad|Zahnrädern]]

## [[Stirnradgetriebe]]: Eingangs- und Ausgangswelle sind parallel.

## [[Planetenradgetriebe|Planetengetriebe]]: An- und Abtriebswelle sind [[koaxial]]. Um das Innenrad kreisen Planetenräder, die ihrerseits wieder in ein Außenrad eingreifen. Sonderform der Stirnradgetriebe (zum Beispiel in der [[Nabenschaltung]] von Fahrrädern).

## [[Kegelradgetriebe]]: An- und Abtriebswelle sind nicht parallel (meist 90°) angeordnet. Die äußere Form der Zahnräder (Hüllkurve) entspricht Kegeln, deren Mittelachsen sich schneiden.

## [[Kronenradgetriebe]]: Verwendung und Bauform wie Kegelradgetriebe; allerdings ist das Ritzel als Stirnrad ausgeführt, und das Gegenrad hat die Form einer Krone mit der Verzahnung an der Radseite. Daher nennt man es [[Kronenrad]].

## [[Schraubenradgetriebe]]: Wellen kreuzen sich. Die Wellenachsen sind windschief, haben also keinen Schnittpunkt.

## Ausgleichsgetriebe (auch [[Differentialgetriebe]]): Spezialgetriebe, das vor allem im [[Kraftfahrzeug]]bau eingesetzt wird.

## [[Schieberadgetriebe]]: Bei Schieberadgetrieben werden die verschiedenen Übersetzungsstufen durch axiales Verschieben eines Räderblocks auf einer Getriebewelle hergestellt.

## [[Harmonic Drive|Harmonic-Drive-Getriebe]] (auch Taumelradgetriebe): es fällt unter die sogenannten Umlaufgetriebe. Beim Harmonic-Drive-Getriebe wird das Antriebselement durch einen elliptischen Kurvenkörper permanent verformt. Das Untersetzungsverhältnis von HD-Getrieben ist systembedingt hoch. Es wird unter anderem bei Robotern, Geräten und Maschinen, auch in Luft- und Raumfahrt eingesetzt, wenn dort eine Drehzahl stark reduziert oder ein Moment stark erhöht werden muss. Aus Aufbau und Wirkart ergibt sich eine nahezu spielfreie Verzahnung.

# [[Zykloidgetriebe]]

# [[Schneckengetriebe]]

# [[Kettengetriebe]] (siehe auch [[Antriebskette]] und [[Kettenarten]])

# [[Zahnriementrieb]]

# [[Schrittgetriebe]]

''Hauptartikel: [[Reibgetriebe]]''

# [[Riemengetriebe]] (hierzu werden auch [[Kettengetriebe#kraftschlüssige Kettengetriebe|kraftschlüssige Kettengetriebe]] gezählt)

# [[Kegelringgetriebe]]: An- und Abtriebswelle sind in Form von Kegeln dargestellt, die über einen stufenlos verstellbaren Ring eine (nahezu) beliebige Übersetzung ermöglichen.

# [[Wälzkörpergetriebe]] (auch: Reibradgetriebe)

# [[Rollringgetriebe]]

Bei hydraulischen Getrieben (siehe [[Strömungsgetriebe]]) sind An- und Abtriebsseite nicht mechanisch miteinander verbunden (kraftschlüssiges Getriebe). Die Antriebsseite setzt eine Flüssigkeit im Inneren in Bewegung, die die Abtriebsseite antreibt. Es wird zwischen hydrostatischen und hydrodynamischen Getrieben unterschieden.

Bekannt sind Elektro-Pneumatische Getriebe. Eine Steuerelektronik steuert über elektrisch schaltbare [[Ventil]]e die [[Druckluft]] für [[Pneumatik]]zylinder an. Somit wird das Getriebe elektropneumatisch geschaltet.

Das einfachste „elektrische Getriebe“ ist ein [[Generator]] (Antrieb), der mit einer bestimmten Drehzahl angetrieben wird, und einen daran angeschlossenem [[Elektromotor]] (Abtrieb), der, von diesem gespeist, mit einer anderen Drehzahl dreht.

Über die [[Feldsteuerung]] des Generators kann die elektrische Spannung und somit die Drehzahl des Motors (Abtriebes) variiert werden. Eine solche Anordnung nennt man [[Leonardsatz]], wenn zum Antrieb des Generators ein Elektromotor verwendet wird. Dient zum Antrieb ein Dieselmotor, liegt ein sogenannter [[dieselelektrischer Antrieb]] vor. Solche Antriebe werden in [[Diesellok]]s und Schiffen verwendet; der Dieselmotor kann nun immer mit optimaler Drehzahl arbeiten, der Abtrieb kann ab Drehzahl null das volle Drehmoment liefern. Der Abtrieb kann auf mehrere Räder oder Propeller verteilt werden und diese ggf. mit unterschiedlichen Drehzahlen und Momenten antreiben. Beispielsweise in Schiffen werden auch [[Gasturbine]]n als Antriebsmaschinen eingesetzt. Diesel- und Ottomotoren werden in [[Hybridantrieb|Hybridfahrzeugen]] verwendet.

Fast jeder elektrische [[Hybridelektrokraftfahrzeug|Hybridantrieb]] verfügt über Funktionen eines elektrischen Getriebes, teilweise mit anschließender Leistungsverzweigung über mechanische Systeme ([[Differentialgetriebe]]) oder zunehmend elektrisch (Einzelradantrieb). Im [[Hybrid Synergy Drive]] wird eine Leistungsverzweigung zur Reduzierung der Leistungsübertragung über das elektrische Getriebe integriert um Verluste und Dimensionierung zu minimieren.  

Ein derartiges elektrisches Getriebe war Anfang der 1990er Jahre auch der ''serielle Hybridantrieb'' der FICHTEL&nbsp;&&nbsp;SACHS&nbsp;AG: ein Verbrennungsmotor treibt einen Generator für elektrischen Strom, der erzeugte elektrische Strom wird anschließend über einen [[Umrichter]] an zwei Elektromotoren (Tandem-Motoren) an den Rädern geliefert.

Ein [[Magnetisch-Elektrischer Getriebe-Automat|Magnetisch-Elektrischer Getriebe-Automat (MEGA)]] integriert in einem Gehäuse die elektronische Leistungssteuerung, Antriebsrotor, Abtriebsrotor und einen verschiebbaren gemeinsamen Stator. Durch Veränderung der wirksamen Windungszahlen während des Betriebs wird die Auslegung auf hohes Drehmoment oder hohe Drehzahl variiert. So wird ein Wirkungsgrad von 80 bis 90 Prozent über alle Übersetzungen von annähernd Null bis annähernd unendlich erreicht. Die Entwicklung zur Serienreife des MEGA erfordert noch Entwicklungen der Automobil-Zulieferer. Das Antriebskonzept mit dem von [[Volkswagen]] entwickelten Getriebe wird als [[Direkthybrid]] bezeichnet.<ref>http://miredaktion.sv-www.de/imperia/md/content/ap/charts/steiger.pdf</ref><ref>http://miredaktion.sv-www.de/imperia/md/content/ap/charts/apr_t_007636_beitrag.pdf</ref>

Es gibt auch Kopplungen von [[Synchrongenerator]] und [[Synchronmotor]], bei denen keine Steuerung erforderlich ist. Diese erreichen insbesondere bei hohen Untersetzungen bessere Wirkungsgrade als mehrstufige mechanische Getriebe.

Der Begriff '''elektronisches Getriebe''' wird im übertragenen Sinne für eine [[Elektronik|elektronische]] Schaltung verwendet, die sowohl zur Drehzahl- als auch zur Drehmomentsteuerung dienen kann. Dabei werden nur die Motoren (Abtrieb) gesteuert. Verwendet wird dazu beispielsweise ein [[Frequenzumrichter]] oder ein [[Verstärker (Elektrotechnik)|Brückenverstärker]]. Der Antrieb des „Getriebes“ ist ein [[Drehgeber]], der aus der Drehbewegung elektrische Steuersignale erzeugt. Sind auch die Motoren mit Drehgebern (Winkelaufnehmer, Inkrementalgeber) ausgestattet, sind exakte Übersetzungsverhältnisse erreichbar. Solche Getriebe werden z.&nbsp;B. zur Drehung von Antennen ([[Antennenrotor]] zur [[Peilung]] oder bei [[Funkamateur]]en, [[Radar]]-Antennen) oder als „elektronische Welle“ in Manipulatoren und Flugzeugen (''[[fly-by-wire]]'') eingesetzt.

Offene Bauform bedeutet, dass die Elemente des Getriebes frei zugänglich sind. Häufig werden sie jedoch aus sicherheitstechnischen Gründen verkleidet. Beispiele: Riemengetriebe (früher auch ''[[Transmission (Maschinenbau)|Transmission]]'' genannt)

Bei geschlossenen Getrieben kommt kein Sand bzw. Staub in das Getriebe, was wichtig für einen geringen Verschleiß ist. Die [[Schmierung]] erfolgt über Fett oder einen geschlossenen Ölkreislauf. Bei einfachen Getrieben reicht es zur Schmierung oftmals aus, wenn ein Zahnrad teilweise in ein Ölbad eintaucht und das beim Betrieb aufspritzende Öl die anderen Zahnräder mitschmiert. Das Gehäuse dient auch dem Lärmschutz und der Sicherheit.  

Beispiele: [[Kraftfahrzeuggetriebe]], Differentialgetriebe

Als [[Kurvengetriebe]] werden Mechanismen bezeichnet, bei denen die Form einer bewegten Kurve von einem Abtaster abgegriffen und an andere Getriebeelemente (rotatorische oder translatorische) weitergeleitet wird. Die Abtastung erfolgt meist einseitig, das heißt, der Abtaster läuft auf der Kurve, an die er gedrückt wird, aber bei zu großen abhebenden Kräften kann er auch von der Kurve abheben. Um das zu vermeiden, wurden verschiedene Lösungen zur Zwangsführung der Abtaster entwickelt.

Kurvengetriebe werden sehr häufig in der Automation eingesetzt, um Schalter zu bedienen, oder um komplizierte Bewegungsabläufe auszuführen. Am geläufigsten ist der Einsatz in Verbrennungsmotoren, wo Kurvengetriebe ([[Nockenwelle]]) das Öffnen und Schließen der Ventile steuern. Von dort ist auch das Problem des Abhebens des Abtasters bekannt (Ventilflattern).

u.&nbsp;a. Dazu werden im Allgemeinen entsprechend geneigte [[Sinoide]]n verwendet.

In die Gruppe der Koppelgetriebe gehört u.&nbsp;a. auch der Kurbeltrieb. Es setzt eine rotatorische ''(drehende)'' Bewegung in eine translatorische ''(geradlinige)'' Bewegung um oder umgekehrt. Anwendung findet er beispielsweise an [[Dampfmaschine]]n oder im [[Kolbenmotor]]. (siehe auch [[Kurbelwelle]])

[[Schrittgetriebe]] setzen eine kontinuierliche Drehbewegung in eine ''intermittierende'', schrittweise Drehbewegung um. Zwischen den einzelnen Schritten erfolgt eine Pause, bis der nächste Schritt beginnt. Schrittgetriebe können mit fast jeder Getriebeart realisiert werden.

Die bekannteste Bauform von Schrittantrieben ist das [[Malteserkreuzgetriebe]], bei dem das bestimmende Getriebeteil (je nach Ausprägung) die Form eines [[Malteserkreuz]]es annehmen kann. Sie wurden beispielsweise in Filmprojektoren und -kameras eingesetzt, um die schrittweise Bewegung des Filmmaterials auszuführen, sind darüber hinaus aber wenig verbreitet.

* [[Schraubengetriebe]]

* Zugmittelgetriebe (Riemengetriebe und [[Kettengetriebe]])

* Druckmittelgetriebe ([[Hydraulikgetriebe]] und [[Pneumatikgetriebe]])

Aufgrund der Funktion eines Getriebes gibt es den umgangssprachlichen Ausdruck ''Sand im Getriebe'', wenn etwas schleppend oder nur gestört funktioniert. [[Sand]] im Getriebe sorgt für erhöhten [[Verschleiß]], kann ein Getriebe auch blockieren oder zerstören. Ihren Ursprung mag die Redewendung im Rennsport sowie bei anderen Wettbewerben haben, wie sie beispielsweise bei Ausschreibungen erfolgen. Dabei soll es mitunter vorkommen, dass tatsächlich Sand nebst anderen [[Sabotage]]maßnahmen in Getriebe und Motoren eingebracht wird, um damit den Konkurrenten Nachteile zu verschaffen. Auch waren und sind nicht alle Getriebe dicht gekapselt, wodurch Sand und Schmutz ins Getriebe gelangen kann, wie beim Fahrrad, landwirtschaftlichen Maschinen oder einem [[Betonmischer]].